Физические свойства. Текстурные и структурные особенности

Текстурные и структурные особенности

Текстурные и структурные особенности в строении ПИ характеризуются крупностью минералов, формой и пространственным распределением минеральных включений и их агрегатов.

К основным формам минеральных зерен относятся:

- идиоморфная (ограниченная гранями кристалла);

- аллотриморфная (ограниченная формой заполняемого пространства);

- коллоидная;

- пластинчатая;

- эмульсионная;

- осколки и обломки.

В зависимости от размера минералов различают

- крупную (20-2 мм);

- мелкую (2-0,2 мм);

- тонкую (0,2-0,02 мм);

- эмульсионную (0,02-0,002 мм);

- субмикроскопическую (0,002-0,0002 мм);

- коллоидно-дисперсную (менее 0,0002 мм)

вкрапленность минералов.

Структура минеральных агрегатов может быть: зернистой, зональной, полосчатой, каркасной, петельчатой, решетчатой, эмульсионной, неоднородной, нитеобразной, раскрошенной, натечной, скелетной, цементной, раздробленной.

Текстура руды, т.е. взаимное расположение минеральных агрегатов, может быть:

- полосчатой, слоистой (минеральные агрегаты примыкают друг к другу);

- конкреционной (располагаются один внутри другого);

- петельчатой (взаимно проникают др. в друга);

- пористой;

- концентрически–зональной, кокардовой, корковой, в которых последовательно одни минералы окаймляют другие.

Вкрапленность минералов существенно влияет на показатели ОПИ. Наиболее высокие показатели достигаются при крупной вкрапленности минералов, имеющих идиоморфную форму и форму обломков и осколков. Показатели существенно ухудшаются при пластинчатой форме зерен и решетчатой, петельчатой, зональной структуре агрегата. При натечной структуре агрегатов наибольшие потери наблюдаются при концентрически–зональной, корковой текстуре, при каркасной структуре агрегата – при пористой текстуре.

Таким образом, чем крупнее вкрапленность минералов и совершеннее форма их выделений, тем проще методы и выше показатели переработки.

Из физ. свойств наибольшее значение имеет механическая прочность (крепость) руд, определяющая энергетические затраты при их дроблении и измельчении, с целью раскрытия минералов. Следовательно, механическая прочность характеризуется дробимостью, хрупкостью, твердостью абразивностью.

Дробимость характеризует способность ПИ сопротивляться разрушению под действием динамических напряжений, передаваемых материалу непосредственно дробящими устройствами.

Хрупкость характеризуется свойством минералов и их агрегатов разрушаться при механическом воздействии на них без применения специальных дробящих устройств.

Твердость характеризует способность тела противодействовать проникновению в него другого, более твердого тела. Существует 10 бальная шкала твердости Мооса, представляющая собой ряд эталонных минералов (табл.1.1).

Таблица 1.1

Шкала твердости различных минералов по Моосу

минерал	Твердость	Простейший способ определения твердости
тальк		Минерал пишет по бумаге, не царапая ее
гипс		Царапает бумагу
флюорит		Кончик ножа легко без усилия чертит по минералу
кальцит		Необходимо небольшое усилие ножа
апатит		Чертит ножом при значительном усилии
ортоклаз		Минерал оставляет царапину на стекле
кварц		Минерал оставляет царапину на стекле
топаз		Минерал оставляет царапину на стекле
корунд		Минерал оставляет царапину на стекле
алмаз		Минерал оставляет царапину на стекле

Крепость горных пород характеризует их сопротивляемость технологическому разрушению. Существует шкала М.М. Протодъяконова крепости горных пород, приведенная в табл. 1.2.

Прочность образцов неправильной формы можно рассчитать по формуле

где F – усилие раздавливания; γ – плотность образца; G – масса куска породы.

Коэффициент крепости можно рассчитать либо по формуле

либо более точно по формуле

.

Показатель абразивности горных пород составляет (мг):

- для мягких – до 10;

- средних от 10до 30;

- твердых от 30 до 45;

- весьма твердых более 45.

Из других физизических свойств минералов и их агрегатов выделяют пористость, газопроницаемость, кусковатость и влажность.

Таблица 1.2

Крепость минералов по шкале М.М. Протодъяконова

Категория	Степень крепости	Порода	Коэффициент крепости
I	В высшей степени крепкая	Наиболее крепкие, плотные и вязкие кварциты и базальты; исключительные по крепости другие породы
II	Очень крепкая	Очень крепкие гранитовые породы, кварцевый профир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец, самые крепкие песчаники и известняки
III	Крепкая	Гранит (плотный) и гранитовые породы, очень крепкие песчаники и известняки, кварцевые рудные жилы, крепкий конгломерат, очень крепкие железные руды
IIIa	Крепкая	Известняки (крепкие), некрепкий гранит, крепкие песчаники, крепкий мрамор, доломит, колчеданы
IV	Довольно крепкая	Обычный песчаник, железные руды
IVa	Довольно крепкая	Песчанистые сланцы, сланцевые песчаники
V	Средняя	Крепкий глинистый сланец, некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат
Va	Средняя	Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель
VI	Довольно мягкая	Мягкий сланец, очень мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс, мерзлый грунт, антрацит, обыкновенный мергель, разрушенный песчаник, сцементированные галька и хрящ, каменный грунт
VIa	Довольно мягкая	Щебенистый грунт, разрушенный сланец, слежавшаяся галька, щебень, крепкий каменный уголь, отвердевшая глина	1,5
VII	Мягкая	Глина (плотная), мягкий каменный уголь, крепкий нанос-глинистый грунт
VIIa	Мягкая	Легкая песчанистая глина, лесс, гравий	0,8
VIII	Землистая	Растительная земля, торф, легкий суглинок, сырой песок	0,6
IX	Сыпучая	Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь	0,5
X	Плывучая	Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лесс, и другие разжиженные грунты	0,3

Пористость и газопроницаемость определяет восстановимость руд. Например, наиболее высокой восстановимостью характеризуются бурые железняки и сидеритовые руды, наименьшей – магнетитовые руды.

Кусковатость руд является нормирующим показателем, определяющим кондиции руд черных металлов. Например, для магнетитовых руд верхний предел крупности составляет 40-50 мм, для бурых железняков -80-120 мм; нижний предел крупности для всех железных руд -10 мм.

Влажность руд может вызывать смерзаемость и существенно затруднять транспортирование ПИ, ухудшить условия его переработки и технологические свойства. Влажность снижает упругие свойства горных пород – модуль Юнга (коэффициент пропорциональности между действующим продольным напряжением σ и соответствующей ему относительной деформацией Δ l/l (l - первоначальная длина, Δ l –абсолютное удлинение или сокращение) – σ = Е Δ l/l); модуль сдвига G (показатель, связывающий касательные напряжения τ с деформацией сдвига φ G = τ / φ); модуль сжатия К (коэффициент пропорциональности между всесторонним сжатием σ′ и относительным уменьшением объема σ′=К Δ V/V), а также увеличивает модуль Пуассона μ (коэффициент пропорциональности между относительным удлинением и относительным поперечным сокращением образца Δ d/d = μ Δ l/l) и значительно изменяет их термические и электрические свойства.

Влажность W _п (%) рассчитывается по формуле

где G ′₁, G ₂ – масса соответственно насыщенного водой и сухого образца.

Следующие свойство это плотность горных пород, которая определяется плотностью слагающих их минералов, которые в свою очередь, делятся на тяжелые (более 4), средние (2,5-4,0) и легкие (менее 2,5). Кроме того, существует еще и такое понятие как насыпная плотность, характеризующая отношение массы руды к занимаемому ей объему.